Учебник по физике для поступающих в ВУЗ /Экзаменационные вопросы по физике (2006-2007)/

Первый закон Ньютона выполняется не во всех системах отсчета.

Сначала тележка движется прямолинейно и равномерно относительно земли. На ней находятся два шарика. Один лежит на горизонтальной поверхности тележки, а другой подвешен на нити.

Силы, действующие на каждый шарик по вертикали, уравновешены, по горизонтали никакие силы на них не действуют.

Шарики будут находится в покое относительно тележки при любой скорости ее движения относительно земли – главное, чтобы эта скорость была постоянна.

При торможении тележки оба шарика приходят в движение, т.е. меняют свою скорость относительно тележки, хотя никакие силы на них по прежнему не действуют.

Значит, в системе отсчета, связанной с тележкой, тормозящей относительно земли, закон инерции не выполняется.

Поэтому с точки зрения современных представлений первый закон Ньютона формулируется так:

Существуют такие системы отсчета, относительно которых тела сохраняет свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела.

Следует помнить, что в первом законе Ньютона речь идет о телах, которые могут быть приняты за материальную точку.

Те системы отсчета, в которых закон инерции выполняется, называются инерциальными, а те, в которых не выполняется – неинерциальными.

ИНЕРЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОТСЧЕТА (уч.10кл.стр.83-86)

Инерция (см.выше) Краткое определение.

Инерциальные системы отсчета. Определение

Отличие инерциальных систем от неинерциальных

Относительность покоя и движение в различных системах отсчета. Примеры

Преобразования Галилея

Время в системах отсчета

Принцип относительности Галилея и его физический смысл

Свойства инерциальных систем отсчета

Системы отсчета, относительно которых тела при отсутствии внешних воздействий движутся прямолинейно и равномерно, называются инерциальными системами отсчета. Системы отсчета, связанные с землей считают инерциальными, при условии пренебрежения вращением земли.

Причиной изменения скорости тела всегда является его взаимодействие с другими телами. При взаимодействии двух тел всегда изменяются скорости, т.е. приобретаются ускорения. Отношение ускорений двух тел одинаково при любых взаимодействиях.

Свойство тела, от которого зависит его ускорение при взаимодействии с другими телами, называется инертностью.

Количественной мерой инертности является масса тела

Явление сохранения скорости тела при отсутствии внешних воздействий называется инерцией.

Движение по инерции – движение происходящее без внешних воздействий

(В земных условиях практически не встречается)

Принцип инерции Галилея:

Если на тело не действуют внешние силы, то оно сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения

Принцип инерции сформулирован Галилеем при изучении движения тел при максимальном уменьшении сил трения.

Понятия «движение» и «покой» относительны и зависят от выбора системы отсчета.

Инерциальная система отсчета – система отсчета, в которой тело, не взаимодействуя с другими телами, сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.

Инерциальные системы отсчета – покоящиеся или движущиеся равномерно и прямолинейно относительно друг друга

В инерциальных системах отсчета состояния покоя и равномерного прямолинейного движения эквивалентны и взаимозаменяемы

Системы отсчета, в которых принцип инерции не выполняется, называют неинерциальными

Пример неинерциальной системы – автобус, трогающийся с места с ускорением. Пассажиров отбрасывает назад, в сторону противоположную движению, при отсутствии внешних сил.

Инерциальными модно считать так же системы отсчета, связанные с любым телом, которое покоится или движется равномерно и прямолинейно относительно поверхности земли.

Системы, движущиеся относительно инерциальных с ускорением, являются неинерциальными.

Преобразования Галилея - показывают, как связаны между собой координаты и скорость тела в различных инерциальных системах отсчета

За время t платформа сместиться относительно столба на vt

Автомобиль проедет по платформе расстояние x’= vxt

и будет находится от столба на расстоянии x = x’ + vt

Координаты тела (автомобиля) в различных системах отсчета X и X’ связывают преобразования Галилея:

x’ = x –vt

vx = x/t

Закон сложения скоростей:

скорость движения материальной точки по отношению к системе отсчета, принимаемой за неподвижную, равна векторной сумме скоростей движения точки в подвижной системе и скорости движения подвижной системы относительно неподвижной:

vx = vx’ + v

Движение инерциальной системы отсчета не оказывает влияния на прямолинейное равномерное движение тела или его состояние покоя в этой системе

Преобразование Галилея справедливо, если v<<с = 3*108м/с.

ПРИНЦИП ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ГАЛИЛЕЯ

Во всех инерциальных системах отсчета законы классической механики имеют один и тот же вид

Это означает, что при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой все математические формулы, описывающие законы механики, не меняются.

Время в классической механике является абсолютным: оно едино во всех инерциальных системах отсчета. Движущиеся и неподвижные часы идут одинаково.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕЛ (уч.10кл.стр.89-92)

Сила как мера взаимодействия тел

Связи силы и ускорения(см.ниже уч.10кл.стр.89-92)

Второй закон Ньютона (см.ниже уч.10кл.стр.89-92)

При одновременном действии на одно тело нескольких сил тело движется с ускорением, являющимся векторной суммой ускорений, которые возникли бы при воздействии каждой из этих сил в отдельности.

Принцип независимости действия сил:

Действующие на тело силы, приложенные к одной точке, складываются по правилу сложения векторов

МАССА (уч.10кл.стр.90-91)

Сила (см.ниже уч.10кл.)

Связь силы и ускорения

Определение инертности и ее физическая сущность

Отличие понятий массы и веса

Зависимость массы от скорости (см ниже уч.10кл.стр.205-209)

Связи массы и энергии Формула Эйнштейна (см ниже уч.10кл.стр.205-209)

Свойство тела , от которого зависит его ускорение при взаимодействии с другими телами, называется инертностью.

Количественной мерой инертности теля является масса тела.

После взаимодействия двух тел:

Во сколько раз скорость первого тела больше (меньше) скорости второго тела, во столько раз масса первого тела меньше (больше) массы второго.

Чем меньше меняется скорость тела при взаимодействии, тем большую массу оно имеет. Такое тело называют более инертным.

Чем больше меняется скорость тела при взаимодействии, тем меньшую массу оно имеет. Такое тело называют менее инертным

Для всех тел характерно свойство по-разному менять свою скорость при взаимодействии. Это свойство называют инертностью.

Масса тела – физическая величина, характеризующая инертность тела.

Масса тела – это величина, выражающая его инертность.

За единицу массы в международной системе принята масса специального эталона, изготовленного из сплава платины и иридия.

Масса этого эталона называется килограммом (кг.)

Обозначение: m

Чем большей массой обладает тело, тем меньше ускорение оно получает при взаимодействии.

Отношение масс взаимодействующих тел равно обратному отношению модулей ускорений m1/m2 = a2/a1.

При взвешивании определения масс используется способность всех тел взаимодействовать с землёй. Опыты показали, что тела, обладающие одинаковой массой, одинаково притягиваются к земле. Одинаковость притяжения тел к Земле можно, например, установить по одинаковому растяжению пружины при поочерёдном подвешивании к ней тел с одинаковыми массами.

Центром масс называется такая точка твердого тела или системы твердых тел, которая движется так же, как и материальная точка массой, равной сумме масс всей системы в целом, на которую действуют та же результирующая сила, что и на тело:

m

Центр тяжести – точка приложения равнодействующей всех сил тяжести, действующих на частицы этого тела при любом положении в пространстве.

Если линейные размеры тела малы по сравнению с размером Земли, то центр масс совпадает с центром тяжести.

Сумма моментов всех сил тяжести относительно любой оси, проходящей через центр тяжести, равна нулю.

ИМПУЛЬС (уч.10кл.стр.121-126)

Импульс силы. Природа. Определение. Единицы измерения

Импульс тела. Природа. Определение. Единицы измерения

Уравнение движения тела

Формулировка второго закона Ньютона через импульс тела

Закон сохранения импульса (см .ниже уч.10кл.стр.125-126)

Временно характеристикой действия силы является импульс силы.

Импульс силы – произведение силы на длительность ее действия:

∆t

Единица измерения – Н*с

Импульс силы численно равен площади под графиком F(t)

Импульс тела - векторная физическая величина, равная произведению массы тела на его скорость и имеющая направление скорости:

 = m

Единица измерения – кг*м/с

Импульс тела характеризует его движение.

Импульс является фундаментальной и сохраняющейся характеристикой состояния физической системы.

При воздействии на тело силы в течении определенного времени:

Изменение импульса тела равно импульсу силы, вызвавшей это изменение.

Уравнение движения тела:

Из уравнения движения тела следует, что , где

Скорость изменения импульса тела равняется действующей на тело силе.

Это выражение является более общей формулировкой второго закона Ньютона.

Одно и тоже действие на тело может оказать большая сила действующая малое время и малая сила, действующая продолжительное время.

Импульсом системы тел называется векторная сумма импульсов тел, включенных в систему.

Закон сохранения импульса (см.ниже уч.10 кл.стр.125-127)

СИЛА (уч.10кл.стр.90-92)

Сила как мера взаимодействия тел

Определение силы. Единицы измерения.

Физическая природа силы.

Связь силы и ускорения

Определение инертности и ее физическая сущность

Вектор силы

Движение тела под действие нескольких сил

Принцип суперпозиции сил. (см.ниже уч.10кл.)

Определение равнодействующей силы.

Второй закон Ньютона (см.ниже уч.10кл.)

Не скорость, а ее изменение является показателем наличия или отсутствия внешнего воздействия на тело.

При воздействии на движущееся тело других тел его скорость может меняться не только по модулю, но и по направлению

Вектор изменения скорости ∆направлен в сторону силы .

Так как изменение скорости в единицу времени определяет ускорение ∆~, то ускорение тела пропорционально силе, действующей на тело.

Сила – векторная физическая величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел, в результате которого тело приобретает ускорение или изменяет форму и размеры.

Единица измерения – Н (ньютон)

1Н – сила, которая сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с2 в направлении действия силы

1Н - сила, которая за время 1 с изменяет скорость тела массой 1 кг на 1 м/с

При взаимодействии тел изменения скорости их отдельных частей могут быть различны.

При этом возникают деформации тел, т.е. изменения формы и размера.

Деформации тел прекращаются, когда возникающие силы упругости уравновесят внешнее воздействие на тело.

Физическая природа взаимодействия тел может быть различной.

Различают четыре фундаментальных взаимодействия:

- гравитационное

- слабое

- электромагнитное

- сильное

Сила является количественной мерой взаимодействия.

Силы различной природы можно измерить в одних и тех же единицах с помощью одних и тех же эталонов.

Направление ускорения совпадает с направлением силы независимо от направления скорости тела.

Коэффициент пропорциональности между силой и ускорением для данного тела является постоянным и не зависит от модуля и направления силы. Он характеризует меру инертности тела.

Инертность – физическое свойство, заключающееся в том, что любое тело оказывает сопротивление изменению его скорости, как по модулю так и по направлению

Количественной мерой инертности является масса тела.

Масса тела m – физическая величина, являющаяся мерой инертности тела.

Единица измерения – кг

Масса - одна из основных физических характеристик материи, определяющая ее инертные и гравитационные свойства.

В механике масса равна отношению действующей на тело силы к вызываемому ею ускорению (2-й закон Ньютона) — в этом случае масса называется инертной;

кроме того, масса создает поле тяготения — гравитационная, или тяжелая, масса.

Инертная и тяжелая массы равны друг другу.

Связь между ускорением тела и действующей на него силой:

= /m

Принцип суперпозиции сил:

Результирующая (равнодействующая) сила, действующая на тело со стороны других тел, равна векторной сумме сил, с которыми каждое из этих тел действует на тело в отдельности.

∑ = +…+

Каждая сила, действующая на тело, сообщает ему ускорение, которое она бы сообщила ему в отсутствии других сил.

Результирующее ускорение тела определяется результирующей силой, действующей на тело

Сила, производящая на тело такое же действие, как несколько одновременно действующих сил, называется равнодействующей этих сил.

Принцип суперпозиции справедлив для сложения сил различной природы.

ВТОРОЙ ЗАКОН НЬЮТОНА (уч.10кл.стр.89-92)

Сила как мера взаимодействия тел (см.выше)

Связи силы и ускорения (см.выше)

Принцип суперпозиции сил (см.выше)

Определение равнодействующей силы (см.выше)

Второй закон Ньютона

Область применения второго закона Ньютона (на полях уч.10кл.)

Второй закон Ньютона устанавливает связь между кинематической характеристикой движения – ускорением, и динамическими характеристиками взаимодействия – силами.

Второй закон Ньютона:

В инерциальной системе отсчета ускорение тела пропорционально векторной сумме всех действующих на тело сил и обратно пропорционально массе тела.

При решении задач динамики второй закон Ньютона записывают так:

m= ∑ или ∑= m

m= m()/Dt = (m- m)/Dt = ∑

m- m= ∑Dt

Импульс тела – векторная величина, равная произведению скорости тела на его массу

Импульс силы - векторная величина, равная произведению силы на время ее действия

Второй закон Ньютона в терминах импульсов:

Изменение импульса тела равно импульсу приложенных к телу сил:

или скорость изменения импульса материальной точки равна действующей на него силе.

Второй закон Ньютона применим для :

- описания движения тел со скоростью меньше скорости света в вакууме

- описания движения микрочастиц, волновыми свойствами которых можно пренебречь

ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ СИЛ (уч.10кл.стр.92)

Сила

Вектор силы

Движение тела под действие нескольких сил

Принцип суперпозиции сил.

Определение равнодействующей силы.

Второй закон Ньютона (см.выше)

Не скорость, а ее изменение является показателем наличия или отсутствия внешнего воздействия на тело.

При воздействии на движущееся тело других тел его скорость может меняться не только по модулю, но и по направлению

Вектор изменения скорости ∆направлен в сторону силы .

Так как изменение скорости в единицу времени определяет ускорение ∆~, то ускорение тела пропорционально силе, действующей на тело.

Сила – векторная физическая величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел, в результате которого тело приобретает ускорение или изменяет форму и размеры.

Единица измерения – Н (ньютон)

1Н – сила, которая сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с2 в направлении действия силы

При взаимодействии тел изменения скорости их отдельных частей могут быть различны.

При этом возникают деформации тел, т.е. изменения формы и размера.

Деформации тел прекращаются, когда возникающие силы упругости уравновесят внешнее воздействие на тело.

Физическая природа взаимодействия тел может быть различной.

Различают четыре фундаментальных взаимодействия:

- гравитационное

- слабое

- электромагнитное

- сильное

Сила является количественной мерой взаимодействия.

Силы различной природы можно измерить в одних и тех же единицах с помощью одних и тех же эталонов.

Направление ускорения совпадает с направлением силы независимо от направления скорости тела.

Коэффициент пропорциональности между силой и ускорением для данного тела является постоянным и не зависит от модуля и направления силы. Он характеризует меру инертности тела.

Инертность – физическое свойство, заключающееся в том, что любое тело оказывает сопротивление изменению его скорости, как по модулю так и по направлению

Количественной мерой инертности является масса тела.

Масса тела m – физическая величина, являющаяся мерой инертности тела.

Единица измерения – кг

Масса - одна из основных физических характеристик материи, определяющая ее инертные и гравитационные свойства. В механике масса равна отношению действующей на тело силы к вызываемому ею ускорению (2-й закон Ньютона) — в этом случае масса называется инертной; кроме того, масса создает поле тяготения — гравитационная, или тяжелая, масса. Инертная и тяжелая массы равны друг другу.

Связь между ускорением тела и действующей на него силой:

= /m

Принцип суперпозиции сил:

Результирующая (равнодействующая) сила, действующая на тело со стороны других тел, равна векторной сумме сил, с которыми каждое из этих тел действует на тело в отдельности.

∑= 1 + …+ n

Каждая сила, действующая на тело, сообщает ему ускорение, которое она бы сообщила ему в отсутствии других сил.

Результирующее ускорение тела определяется результирующей силой, действующей на тело

Принцип суперпозиции справедлив для сложения сил различной природы.

СИЛЫ В ПРИРОДЕ

ЗАКОН ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ (уч.10кл.стр.96-99)

Сила тяготения и гравитационное притяжение (см.выше)

Закон всемирного тяготения (см.выше)

Опыт Кавендиша(см.выше)

Гравитационная постоянная. Определение и единицы измерения (см.выше)

Нахождение силы притяжения тел конечных размеров (см.выше)

Сила тяжести (см.ниже уч.10кл.)

Законы динамики справедливы для любого фундаментального взаимодействия (гравитационного, слабого, электромагнитного и сильного)

Электромагнитное и гравитационное взаимодействия, в отличие от слабого и сильного, являются дальнодействующими. Они определяют характер макроскопического движения от молекулярного уровня до Вселенной.

Все механические явления в макромире определяются электромагнитными и гравитационными взаимодействиями

Гравитация – от латинского gravitas – вес, тяжесть

В 1685 г. Ньютон, обобщая законы движения небесных тел, предположил, что все тела притягиваются друг к другу гравитационными силами и закон этот справедлив для все Вселенной.

В отличие от сил трения и упругих сил гравитационное притяжение является взаимодействием тел друг с другом на расстоянии. Радиус такого взаимодействия неограничен.

Закон всемирного тяготения:

Между любыми двумя материальными точками действует сила взаимного притяжения, прямо пропорциональная произведению масс этих точек и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними.

Fg = G

Границы применимости закона всемирного тяготения:

- только для материальных точек, когда размеры тел пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием между ними

- для однородных тел, имеющих форму шара

- шара большого радиуса и массы , взаимодействующего с телами любой формы, размеры и массы которых много меньше размеров шара, находящихся на поверхности большого шара или вблизи нее.

Закон неприменим, например, для взаимодействия бесконечного стержня и шара.

Гравитационная сила направлена вдоль прямой, соединяющей материальные точки.

Гравитационная постоянная численно равна силе гравитационного притяжения двух тел массой по 1 кг каждое, находящихся на расстоянии 1 м одного от другого.

G = 6.67*10-11 Нм/кг2 – гравитационная постоянная (одинаковая для все тел)

Чис­ленное значение гравитационной постоянной опытным путем определил Кавендиш в 1798 г., измеряя силу вза­имодействия между свинцовыми шарами с помощью крутильных весов.

Расчет силы притяжения тел конечных размеров производится с помощью принципа суперпозиции, разбивая тела на материальные точки.

Обычно при расчетах берут расстояние между центрами масс тел.

Силы всемирного тя­готения действуют между любыми телами в природе, но ощутимыми они становятся при больших массах (или хотя бы масса одного из тел велика).

Частным видом силы всемирного тяготения является сила притяжения тел к Земле (или к другой планете). Эту силу называют силой тяжести. Под действием этой силы все тела приобретают ускорение свободного падения.

СИЛА ТЯГОТЕНИЯ (уч.10кл.стр.96-99)

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43